基于优化RetinaNet的自适应特征融合的轻量化目标检测方法

针对目标检测算法中计算量大、模型复杂等问题,造成在嵌入式平台计算资源有限的应用场景下难以部署的现象,提出一种基于优化RetinaNet的自适应特征融合的轻量化目标检测方法。提出的算法参考了GhostNet中的Ghost Module模块以减少模型参数量。通过一种空间特征融合机制,提高特征的尺度不变性。融合了结构重参化的思想,增加训练深度,实现多分支训练,单分支推理,更好地提升模型的推理性能。提出的方法在PASCAL VOC2007和COCO两种常用的目标检测数据集上进行评估,平均精度为54.1%,优于RetinaNet的平均精度,实验结果表明,提出的方法推理时所占的内存为170.71MByte,是RetinaNet所占内存的44.27%,表明提出的算法在保证精度的前提下极大提高网络的推理速度。

注意力机制优化RetinaNet的密集工件检测方法研究

针对密集工件存在相似度高、排列无序的特性导致检测难度大的问题,提出了一种注意力机制优化RetinaNet的密集工件检测方法。首先将注意力机制引入到RetinaNet主干特征提取网络以减少干扰物对检测效果的影响,提高神经网络的特征提取能力;然后利用Soft-NMS构建新的预测框提高重叠定位精度;最后通过迁移学习的方法训练数据集,提高模型训练效率。在密集工件数据集上验证该方法的有效性,实验结果表明,改进后的方法检测精度达到了98.11%,相较于改进前提高了2.59%,单张图片检测速度达到了0.026 s,该方法能够满足实际工业生产过程中精准检测工件的目的,在保证速度的同时降低了漏检率和误检率。

注意力优化RetinaNet的多尺度目标检测算法

针对目标检测算法RetinaNet在多尺度物体检测任务中存在利用特征上下文信息和多尺度特征融合不充分及边界框回归不够快速精准的问题,提出了一种注意力优化RetinaNet的多尺度目标检测算法。在特征提取模块嵌入无参数的3D注意力机制,来充分利用特征上下文信息;同时,构建了特征融合细化模块,实现多尺度融合特征的细化和增强;使用距离交并比(Distance Intersection over Union,DIoU)损失函数优化定位损失,提升边界框回归精准度。为了论证该方法的有效性,分别在PASCAL VOC数据集和MS COCO数据集上进行实验。改进模型的检测精度分别达到了82.1%、52.3%,其中,小目标、中目标和大目标的检测精度相比原算法分别提升了1.9%、1.1%和1.4%。

基于FS-SIA的毁伤预测神经网络超参数优化方法

针对毁伤预测中神经网络超参数设置及调试过程较为复杂的问题,提出一种基于特征选择结合群体智能(feature selection and swarm intelligence algorithm,FS-SIA)的超参数优化方法,用于在毁伤预测中对神经网络进行超参数的搜索和优化。首先,通过多种特征排序方法确定毁伤特征的重要性,选取公共的特征偏序子集用于模型训练。其次,针对具体的神经网络模型,分别采用多种群体智能算法进行超参数的搜索和优化。最后,得出特征集性能最优的超参数训练模型。实验结果表明,相较于未经特征排序而单纯采用群体智能算法的其他超参数优化模型,所提方法在毁伤预测中具有更快的收敛速度和更高的准确率。

基于近端策略优化的两栖无人平台路径规划算法研究

为解决水陆两栖无人平台在复杂环境中的路径规划问题,针对传统方法难以应对动态障碍物和多变环境的局限性,提出了一种基于近端策略优化(PPO)的路径规划算法,包含四种感知信息输入方案以及速度强化奖励函数,适应动态和静态环境.该算法通过批次函数正则化、策略熵引入和自适应裁剪因子,显著提升了算法的收敛速度和稳定性.研究中采用了ROS仿真平台,结合Flatland物理引擎和PedSim插件,模拟了包含动态障碍物的多种复杂场景.实验结果表明,采用BEV+V状态空间输入结构和离散动作空间的两栖无人平台,在路径规划中展现出高成功率和低超时率,优于传统方法和其他方案.仿真和对比实验显示采用鸟瞰图与速度组合的状态空间数据结构配合速度强化奖励函数算法提高了性能,收敛速度提高25.58%,路径规划成功率提升25.54%,超时率下降13.73%.

考虑运营风险的医疗废物回收选址多目标鲁棒优化研究

为规避突发公共卫生事件下的不确定风险,研究医疗废物回收网络中的回收中心、处理中心、处置中心等节点选址问题,以总成本最小以及总风险最小为目标,构建考虑运营风险的医疗废物回收选址多目标鲁棒优化模型,设计非支配排序遗传算法,提出p鲁棒迭代算子求解p值下界,采用轮盘赌选择,结合精英策略、均匀交叉和反向变异等遗传操作。基于仿真案例,求解确定性模型与鲁棒优化模型得到帕累托解。模型对比结果表明鲁棒优化模型适用所有情景,且成本相对遗憾值均小于2%,能够有效应对参数不确定引起的设施选址变化。对p值进行灵敏度分析,结果表明当0.004≤p≤0.08时,解的质量随p值增大而上升;p值越接近下界0.004,目标值下降越迅速,越适于应对紧急情况;同时决策者的风险偏好程度和总成本对设施布局有重要影响,需对二者进行综合权衡。

基于粒子群优化算法的农业机器人控制策略研究

介绍了粒子群优化算法的概念,并由数学模型、边界约束和环境约束对农业机器人优化约束模型进行了分析,实现了对农业机器人的动态避障和路径规划。仿真实验表明:针对复杂的作业环境,农业机器人可以进行最优避障路径规划,且算法收敛速度较快,能够满足设计要求,证明系统具有一定的可行性。

基于响应面分析下中草药移栽机的优化设计

通过响应面分析法对中草药移栽机进行优化设计,以提高中草药种植效率和质量。首先,选取移栽速度、移栽深度和移栽器械倾角3个因素作为设计变量,选取移栽成功率和移栽损伤率作为评价指标;在此基础上,设计了一个采用多种传感器组合的控制系统,采用模糊控制算法进行控制,并通过试验得到的数据进行响应面分析,得出了最优设计方案。研究结果表明:最优移栽速度为0.2 m/s,最优移栽深度为15 cm,最优移栽器械倾角为25°;通过优化设计,中草药移栽机的移栽成功率提高了11.8%,移栽损伤率降低了9.6%,取得了较好的效果。

水力循环高架设施栽培装置优化设计及试验分析

高架设施栽培模式提升了温室作物的产量和质量。为此,针对固定式高架设施遮荫问题,通过测定30°、40°、50°、60°等不同角度栽培装置的光照遮阴变化情况,确定了基于光照因素的最优高架栽培架式角度为50°。为了解决固定式高架设施角度过大、底层作物光照不足等问题,利用温室控温管路系统中水的压力,创新设计了一种以水轮机为动力的自动循环高架装置,分析了结构组成及工作原理,采用SolidWorks软件设计了三维模型。同时,通过Fluent模拟分析不同型号叶轮作用下的水力压力和速度变化,确定了双列直线型六叶轮为最优叶轮选型。装置是以水力产生动力使栽培槽围绕支架匀速转动,为高架设施架式设计提供一种新思路,在创造良好光照条件的同时减少能源的消耗,具有较高的经济效益,在实际生产中具有一定的推广应用价值。

响应面法优化信号分子AI-2合成蛋白LuxS表达条件

群体感应是一种由自诱导物(autoinducers,AIs)介导的、细菌密度依赖的基因表达调控方式,已经被证实参与细菌多种生理功能的调控.信号分子AI-2介导的LuxS/AI-2型群体感应系统广泛存在于革兰氏阳性和阴性细菌,并备受关注.AI-2的合成依赖于S-核糖同型半胱氨酸酶(LuxS)的催化作用,而LuxS蛋白则是由luxS基因经过转录、翻译得到的.为了探索LuxS蛋白在表达菌株Escherichia coli BL21(DE3)中的最佳表达条件,从而获得较高产量且具有一定的生物活性的LuxS蛋白.首先对LuxS蛋白结构进行预测,确定E.coli BL21(DE3)作为表达菌株.其次,在单因素优化的基础上,进一步通过响应面法优化LuxS蛋白的表达条件.在菌液浓度OD 600为0.5、诱导温度为37℃、IPTG浓度为0.5 mmol/L、诱导时间为31 h条件下,获得LuxS蛋白的最高表达量.研究成功优化了LuxS蛋白在E.coli BL21(DE3)中的诱导表达条件,获得了具有生物活性的LuxS蛋白,并在后续的研究中成功合成了具有生物活性的信号分子AI-2,为体外合成AI-2奠定了基础.

智能精密播种机的优化设计

智能精密播种机是一种自动化的农业设备,可大幅提高种植效率、减少种植成本。但是,目前智能精密播种机依赖高精度的传感器、控制系统和算法来实现准确的种子投放和深度控制,需要较高的技术要求和技术支持,且对于一些不规则形状的种子或大粒小种的种子,适应性较差。为此,提出了一种智能精密播种机优化方案,并使用高精度传感器和控制系统实现多功能播种,控制种子的投放量和调整播种深度,使用节能设备模块化设计和使用易于更换的部件、数据分析功能和简单易用的用户界面。最后,通过田间试验进行功能性试验,结果表明:经过优化后的智能精密播种机播种变异系数≤5%,满足播种农艺要求,可以实现准确的种子投放和深度控制,避免种植密度不均匀和深度不一致等问题,从而提高种植效率和作物品质。

高速公路对绿色经济效率的影响分析--基于产业结构优化视角

当前中国高速公路建设布局日趋完善,探究如何发挥其对地区产业结构优化的有力支持,进而助力绿色经济发展转型具有重要意义。论文基于2006—2019年中原城市群27个城市的面板数据,运用超效率SBM模型测算其绿色经济效率,从产业结构优化的视角实证分析了高速公路对绿色经济效率的影响,并以产业结构优化为中介与门槛变量,进一步探讨产业结构优化对于高速公路影响绿色经济效率的门槛效应。研究结果表明:中原城市群高速公路与绿色经济效率间呈现先抑制后促进的“U”型关系;产业结构优化在高速公路和绿色经济效率间发挥部分中介作用;产业结构优化存在单一门槛效应,随着产业结构优化水平的提升,高速公路对绿色经济效率由抑制作用转为促进作用。

景观叙事理论视角下的历史街区景观优化

历史街区作为表达城市人文特性的主要介质,有丰富的历史价值和文化价值,是展示城市风貌的重要载体。景观叙事学作为叙事学的分支,在城市开发、城镇化建设、历史文化传承中均起着重要作用。本研究以广西南宁蒲庙老街为例,寻找历史街区之间的景观叙事联系,探索出新的叙事可能性,以期提升历史街区的文化表达,为其他城市历史街区的发展提供新思路。

高性能YOLOv3-tiny嵌入式硬件加速器的混合优化设计

为解决在嵌入式设备中部署神经网络受算法复杂度、执行速度和硬件资源约束的问题,基于Zynq异构平台,设计了一个高性能的YOLOv3-tiny网络硬件加速器。在算法优化方面,将卷积层和批归一化层融合,使用8 bit量化算法,简化了算法流程;在加速器架构设计方面,设计了可动态配置的层间流水线和高效的数据传输方案,缩短了推理时间,减小了存储资源消耗;在网络前向推理方面,针对卷积计算,基于循环展开策略,设计了8通道并行流水的卷积模块;针对池化计算,采用分步计算策略实现对连续数据流的高效处理;针对上采样计算,提出了基于数据复制的2倍上采样方法。实验结果表明,前向推理时间为232 ms,功耗仅为2.29 W,系统工作频率为200 MHz,达到了23.97 GOPS的实际算力。

多分支结构和双池化注意力机制的RetinaNet行人检测

行人检测技术结合行人跟踪和行为分析等技术,可广泛应用在交通、安防和机器交互等与人们生活息息相关的领域,但行人的多尺度变化一直是行人检测的难点。针对传统RetinaNet算法在多尺度行人检测过程中存在的误检、漏检和检测精度低等缺陷,提出一种改进的RetinaNet算法来提升网络模型的检测能力。主要有以下两方面创新:首先,为了获取到更多的语义信息,采用多分支结构来扩展网络,以提取不同深度下不同感受野的特征;其次,为了使模型更关注行人特征的重要信息,在模型预测头部分嵌入双池化注意力机制,增强通道间特征信息的相关性,抑制不重要的信息,以提高模型的检测精度。在COCO等不同的数据集上进行实验,结果表明,与传统的RetinaNet模型相比,所提出的模型在各个评价指标上均有所提升,具有良好的性能,可以满足行人检测的需要。

响应面法优化蚕蛹发酵工艺及其产物呈味特性研究

为优化建立蚕蛹发酵工艺,探索其发酵产物呈味特性,本文研究了不同菌种、接种量、发酵温度、发酵时间对蚕蛹发酵产氨基酸态氮含量的影响,在单因素实验的基础上,采用响应面法对蚕蛹发酵工艺进行优化,并对比分析发酵前后呈味物质与滋味的变化。结果表明:清酒乳杆菌接种量1.0%、发酵温度32℃、发酵时间10 d是最佳发酵工艺,此时氨基酸态氮含量达0.95±0.02 g/100 g,与预测值相近。与未发酵蚕蛹相比,发酵蚕蛹的游离氨基酸、核苷酸和有机酸含量均显著升高(P<0.05),分别为52.19±0.11、1.01±0.03、65.54±1.61 mg/g。呈鲜味的天冬氨酸、谷氨酸、鸟苷酸、腺苷酸和琥珀酸的TAV值均大于1,特别是谷氨酸和琥珀酸,TAV值高达20.06、138.47,是发酵蚕蛹中鲜味的重要贡献者;蚕蛹发酵后的味精当量达74.44 g MSG/100 g,是发酵前的6.74倍。本研究表明,蚕蛹发酵可产鲜味物质,且风味良好,为蚕蛹的开发利用和鲜味物质的制备提供了新的思路。

数据中心多能互补分布式能源系统设计与运行优化研究

为实现数据中心的低碳转型和能效提升,提出了一种集成多种可再生能源和储能设备的多能互补分布式能源系统作为其供能系统。建立了包含生命周期成本、碳排放、能耗、电网购电率和热量浪费率等指标的优化目标体系。制定了两种考虑负荷特征的运行策略,采用改进的多目标蝗虫优化算法对系统容量配置进行求解。为了分析优化目标和运行策略对系统优化的影响,通过组合不同优化目标和运行策略形成了多种优化设计方案,采用层次分析法和熵权法确定评价指标的权重,并利用多准则妥协解排序法进行评价排序。针对青海省某数据中心的案例,获得其能源系统的优化设计与运行方案。研究表明:运行策略主要影响吸收式制冷机和地源热泵的容量,而优化目标主要影响储能设备的容量;在相同的运行策略下,增加优化目标可提升系统的综合性能;对于不同的方案,生命周期成本、碳排放、能耗等基础优化目标值变化较小,而电网购电率和热量浪费率变化较大;通过实施五目标优化,即在基础优化目标的基础上增加热量浪费率、电网购电率,系统的综合性能得到了显著提升,其中热量浪费率和电网购电率分别降低了62.30%和25.92%,可再生能源发电占比增加了2%。

基于PLC控制技术的电气设备系统优化设计

随着科技不断进步,可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)控制技术在电气设备系统中的应用日益广泛。介绍了PLC控制技术的基本定义、分类及特点,探讨了其在电气设备系统中的优化方案,包括故障诊断技术、输入/输出电路规划及模型板块选择等关键环节,并开展了设备系统优化实验验证。研究结果表明,基于PLC控制技术的优化设计能够显著提高电气设备系统的性能,降低谐波含量,增强系统的稳定性。

基于振动分离特性的荔枝振动器结构优化

为了研究荔枝振动分离特性,以此为基础优化振动器结构,利用往复振动采收装置在不同振动参数下对荔枝进行振动分离试验,并采用MatLab软件分析高速相机拍摄的荔枝运动视频,获得荔枝运动参数(轨迹、速度、加速度等)。为了确定振动机构的最优工作参数,利用Design-Expert软件处理试验数据并得到回归模型,再通过响应曲面分析振动频率、振幅和振动距离对荔枝分离特性(分离时间、碰撞次数和惯性力)的影响,对回归模型进行优化,结果表明:当振动频率为9.7 Hz、振幅为80 mm、振动距离为29.4 mm时,既能保证较短的分离时间又能减轻荔枝果实所受的机械损伤。为了基于最优工作参数对振动器进行结构优化,以采收效率高和损伤小为目标,以尺寸约束、角度约束和强度约束为约束条件,建立多目标优化模型。优化后的振动器为对心曲柄滑块机构,曲柄长度为56 mm,连杆为127 mm,角速度为62 rad/s。经验证,优化后的振动器可以提高采收效率,减少果实所受损伤,为荔枝振动采收器的设计提供依据。

混凝土实体重力坝断面拓扑与形貌优化研究

为了获得较为经济的混凝土实体重力坝断面形式,提出了基于拓扑与形貌优化方法的混凝土实体重力坝优化设计方法。该方法以混凝土实体重力坝断面柔度最小为优化目标,对混凝土实体重力坝断面先进行拓扑优化设计,然后进行形貌优化设计,进而有效地减小混凝土实体重力坝断面面积。某混凝土实体重力坝断面优化结果表明:优化得到的断面与一般传统方法设计的断面较为接近,但断面面积有所减少,且抗滑稳定安全系数与应力等均满足相关规范要求,证明了优化设计方法的合理性;重力坝形貌优化断面优于拓扑优化断面与传统设计断面;随着形貌优化迭代次数的增加,抗滑稳定安全系数逐渐增大,坝体竖向应力与竖向位移最大值逐渐减少;重力坝形貌优化断面在坝体上部存在颈缩现象,该现象可为重力坝设计提供新的思考方向。